计算机操作系统课后题答案

根据提供的文档内容，我们可以归纳和总结出一系列关于计算机操作系统的重要知识点。这些知识点涵盖了操作系统的基本概念、特性、功能以及进程管理等方面的内容。 ### 操作系统基础知识 #### 1. 设计现代操作系统的主要目标 现代操作系统的最主要目标是提高资源利用率、方便用户使用、提供良好的安全性和可靠性，以及支持多任务处理等。 #### 2. 操作系统的作用 操作系统的作用主要体现在以下几个方面： - 提供了一个用户界面，使得用户能够更方便地与硬件进行交互。 - 负责管理系统中的各种资源，如处理器时间、内存、磁盘空间等。 - 通过提供一组标准服务来简化应用程序的开发过程。 - 实现了对硬件的有效管理，提高了硬件资源的利用率。 #### 3. 推动多道批处理系统形成和发展的主要动力 - 提高CPU利用率：通过同时运行多个作业来减少CPU的空闲时间。 - 增强系统吞吐量：通过增加单位时间内处理的作业数量来提升整体效率。 - 减少用户的平均等待时间：通过合理安排作业顺序和优先级，缩短用户作业的响应时间。 #### 4. 脱机I/O与联机I/O的区别 - **脱机I/O**：数据输入输出是在用户不直接控制的情况下进行的，通常使用专门的外围设备，如卡片读取器。 - **联机I/O**：用户可以直接通过终端与计算机系统进行交互，数据的输入输出是在用户直接控制下进行的。 #### 5. 推动分时系统形成和发展的主要动力 - 用户交互需求：为了满足用户与计算机之间的实时交互需求。 - 系统资源利用率：通过允许多个用户共享一台计算机，提高了资源利用率。 - 用户满意度：减少了用户等待时间，提升了用户体验。 #### 6. 实时任务的类型与实时系统的类型 - **实时任务的类型**包括硬实时任务和软实时任务。硬实时任务是指必须在规定的时间内完成的任务，否则可能会导致系统故障或灾难性的后果；软实时任务则是那些虽然有时间限制但不会立即导致严重后果的任务。 - **实时系统的类型**分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统要求所有任务都能在规定的时间内完成，而软实时系统则允许一定程度的延迟。 #### 7. 实现多道程序应解决的问题 - 处理器管理：确保多个程序能有效地共享处理器资源。 - 存储器管理：为每个程序分配必要的内存空间，并防止它们相互干扰。 - 文件管理：提供文件存储和访问服务。 - 设备管理：协调多个程序对共享设备的访问。 #### 8. 单道与多道批处理系统的特点及优缺点比较 - **单道批处理系统**：每次只能运行一个作业，优点是系统简单易实现，缺点是资源利用率低。 - **多道批处理系统**：可以同时运行多个作业，提高了资源利用率和系统吞吐量，但实现复杂度较高。 #### 9. 实现分时系统的关键问题及其解决方案 - 关键问题在于如何快速地在多个用户之间切换上下文，以及如何保证用户程序的独立性和安全性。 - 解决方案包括采用时间片轮转法调度算法、引入虚拟内存技术以及实现有效的中断处理机制。 #### 10. 引入实时操作系统的必要性 - 实时操作系统是为了满足对时间敏感的应用需求而设计的，例如控制系统、通信系统等。 - 它能够在限定的时间内完成任务，确保系统的稳定性和可靠性。 #### 11. 操作系统的特征及其最基本特征 - **特征**：并发性、共享性、虚拟性、异步性。 - **最基本特征**：并发性和共享性。并发性指的是操作系统能够同时处理多个任务的能力，共享性则是指多个任务能够共享系统资源。 #### 12. 内存管理的主要功能 - 分配和回收内存空间：为程序分配必要的内存空间，并在程序结束后回收。 - 地址映射：将逻辑地址转换为物理地址。 - 存储保护：防止一个程序访问其他程序或操作系统的内存区域。 - 内存扩充：通过虚拟内存技术扩展可用内存空间。 #### 13. 处理机管理的主要功能 - 进程控制：创建、终止进程，以及更改进程状态。 - 进程调度：决定哪个进程在何时占用处理器。 - 同步与通信：协调进程之间的执行顺序，以及实现进程之间的数据交换。 #### 14. 设备管理的主要功能 - 缓冲管理：用于缓解CPU与设备之间的速度差异。 - 设备分配：为用户提供所需的设备。 - 设备独立性：用户程序不依赖于具体的设备，可以通过设备驱动程序进行访问。 - 虚拟设备：通过资源共享技术，使得一个物理设备可以被视为多个虚拟设备。 #### 15. 文件管理的主要功能 - 文件存储空间管理：高效利用磁盘空间，提供文件存储服务。 - 目录管理：维护文件目录结构，便于用户查找和定位文件。 - 文件读写管理：实现文件的读写操作。 - 文件安全性：确保文件的安全，防止未授权访问。 #### 16. 分时系统与实时系统在交互性、及时性和可靠性方面的比较 - **交互性**：分时系统强调用户交互，实时系统更关注任务的及时响应。 - **及时性**：实时系统对时间响应的要求更高，分时系统则较为宽松。 - **可靠性**：实时系统要求极高，因为任何延误都可能导致严重后果；而分时系统对可靠性的要求相对较低。 #### 17. 操作系统异步性特征的原因 - 操作系统需要处理各种不可预测的外部事件，如用户输入、硬件中断等。 - 这些事件的发生时间是不确定的，因此操作系统必须具备异步处理能力，以便及时响应这些事件。 #### 18. MS-DOS 3.X以前版本的局限性 - 缺乏图形用户界面：用户只能通过命令行进行操作。 - 文件系统限制：如FAT文件系统的一些限制。 - 不支持多任务处理：无法同时运行多个应用程序。 #### 19. MS-DOS的组成部分及其功能 - **引导程序**：负责加载操作系统核心部分。 - **IO.SYS**：提供了基本的硬件接口。 - **MSDOS.SYS**：实现了文件系统管理功能。 - **COMMAND.COM**：提供了命令解释程序。 #### 20. Microsoft选择80286芯片开发OS/2的原因 - 80286芯片支持保护模式，能够更好地管理内存。 - 支持虚拟8086模式，有利于实现多任务处理。 - 提供了更好的性能和可靠性。 #### 21. OS/2的主要功能 - 支持多任务处理：允许多个应用程序同时运行。 - 具有图形用户界面：提供更为友好的用户交互方式。 - 支持长文件名：文件命名更加灵活。 - 改进了文件系统：如支持FAT32文件系统。 #### 22. 多处理机操作系统模式及其优缺点 - **对称多处理模式**（SMP）：所有处理器地位平等，共享主存。 - **非对称多处理模式**（ASMP）：部分处理器作为管理者，其余作为工作者。 - **分布式内存模式**（DM）：每个处理器有自己的局部内存。 - **集群模式**：由多个小型计算机或工作站组成的集群。 #### 23. 网络操作系统的功能 - 网络通信：支持不同计算机之间的数据传输。 - 网络资源共享：允许用户访问远程计算机上的资源。 - 网络管理：提供网络监控和配置工具。 - 安全管理：保护网络资源免受未经授权的访问。 #### 24. 网络操作系统与分布式操作系统的区别 - **网络操作系统**：侧重于提供网络服务，支持网络通信和资源共享。 - **分布式操作系统**：旨在隐藏网络的存在，让用户感觉像是在一个单独的计算机上工作。 #### 25. 操作系统的定义及其五大主要功能 - **定义**：操作系统是一组程序，它们管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序。 - **五大主要功能**：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。 #### 26. 基本术语解释 - **硬件**：构成计算机系统的物理部件。 - **软件**：计算机程序及其相关文档。 - **多道程序设计**：指同时在计算机系统中运行多个程序的设计方法。 - **并发**：多个程序或任务在同一时间段内交替运行的现象。 - **吞吐量**：单位时间内系统能完成的工作量。 #### 27. 操作系统的四大基本特征 - 并发性：多个程序或任务可以同时运行。 - 共享性：多个程序可以共享系统资源。 - 虚拟性：操作系统可以创建虚拟资源供程序使用。 - 异步性：操作系统对外部事件的响应是非确定性的。 ### 进程管理知识点 #### 28. 进程的概念及其影响 - **概念**：进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个基本单位。 - **影响**：引入进程概念后，操作系统可以更加高效地管理资源，支持并发执行。 #### 29. 进程与程序的区别 - **动态性**：进程是动态的，程序是静态的。 - **并发性**：进程可以并发执行，而程序不可以。 - **独立性**：进程是一个独立的运行实体，而程序仅仅是指令集合。 #### 30. PCB的作用及其作为进程存在标志的原因 - **作用**：进程控制块(PCB)记录了操作系统所需的、用于描述进程情况及控制进程运行的全部信息。 - **唯一标志**：操作系统通过PCB来管理和控制进程，因此它是进程存在的唯一标志。 #### 31. 进程状态转换的典型原因 - **就绪到运行**：进程获得了CPU使用权。 - **运行到就绪**：时间片用完或其他更高优先级的进程到达。 - **运行到阻塞**：进程请求某种资源而暂时不能获得。 - **阻塞到就绪**：进程所需的资源已准备好。 #### 32. 引入挂起状态的原因及其性质 - **原因**：为了提高系统资源的利用率，或者由于某些外部事件（如打印任务完成）需要暂停进程执行。 - **性质**：挂起状态是一种特殊的非活跃状态，处于该状态的进程既不是就绪也不是阻塞状态，而是暂时停止运行的状态。 #### 33. 进程切换时所需保存的处理器状态信息 - 寄存器的内容：如通用寄存器、指令指针等。 - 标志寄存器：包含了关于处理器状态的信息。 - 其他状态信息：如浮点寄存器的状态。 #### 34. 引起进程创建的主要事件 - 用户登录：用户登录时，系统通常会创建一个新的进程来为该用户提供服务。 - 用户请求：用户通过命令行或图形界面启动应用程序。 - 系统初始化：系统启动时自动创建的系统进程。 #### 35. 引起进程撤销的主要事件 - 正常结束：进程完成了预定的任务。 - 异常结束：进程因错误而终止。 - 父进程请求：父进程请求终止其子进程。 #### 36. 创建进程时的主要工作 - 分配必要的资源：如内存空间。 - 初始化PCB：设置初始状态信息。 - 将新进程插入就绪队列。 #### 37. 撤销进程时的主要工作 - 释放进程占用的资源：如内存空间。 - 更新相关的数据结构：如PCB列表。 - 修改父进程的状态信息。 #### 38. 引起进程阻塞或唤醒的主要事件 - 阻塞：进程请求资源而资源不可用时。 - 唤醒：进程等待的资源变得可用时。 #### 39. 进程与线程的比较 - **调度性**：线程通常比进程更容易调度。 - **并发性**：线程可以提供更高的并发度。 - **拥有资源**：进程拥有独立的资源，线程共享进程内的资源。 - **系统开销**：创建和销毁线程比进程更高效。 #### 40. 用户级线程与内核级线程的区别 - **用户级线程**：由应用程序管理，无需内核支持。 - **内核级线程**：由操作系统内核管理，可以充分利用多处理器优势。 #### 41. Solaris操作系统中的线程类型及其作用 - **轻型线程**：在Solaris中，轻型线程主要用于提高并发性能。 - **重量级线程**：通常对应于系统进程，用于实现更高级别的抽象。 #### 42. 临界资源与临界区的概念 - **临界资源**：多个进程可能同时访问的共享资源。 - **临界区**：进程中包含对临界资源进行访问的代码段。 #### 43. 进程进入和退出临界区的原因 - 进程在进入临界区之前需要检查资源是否可用，并获取必要的访问权限。 - 在退出临界区之后需要释放资源，确保其他进程能够访问。 #### 44. 同步机构的基本准则及其原因 - 空闲让进：当没有进程处于临界区时，可以让另一个进程进入。 - 忙则等待：已有进程在临界区内，其他进程必须等待。 - 有限等待：任何等待进入临界区的进程最终都会得到访问权。 - 让权等待：如果进程不能进入临界区，则应该释放处理器。 #### 45. 记录型信号量与wait/signal操作 - **记录型信号量**：包含了当前可用资源的数量以及等待队列的信息。 - **wait操作**：减少资源数量，若资源不足则将进程加入等待队列。 - **signal操作**：增加资源数量，若有进程等待则唤醒一个进程。 #### 46. 整型信号量与记录型信号量的遵循准则情况 - **整型信号量**：可能不完全遵循同步机构的准则，特别是在唤醒等待进程时可能存在不公平的情况。 - **记录型信号量**：更好地遵循了准则，因为它包含了等待队列，可以确保公平性。 #### 47. 生产者-消费者问题中关键操作的影响 - **signal(full)**：如果不执行此操作，消费者将永远无法得知缓冲区中有可用的数据。 - **signal(empty)**：如果不执行此操作，生产者将无法得知缓冲区中有空闲的空间。 #### 48. 生产者-消费者问题中wait操作的互换顺序的影响 - 如果将wait操作互换顺序，可能会导致死锁或饥饿的情况发生。 - 正确的顺序能够保证资源的有效分配和进程的正确执行。 #### 49. 使用锁实现互斥访问的方法 - 通过定义一个锁变量W，当W=1时表示锁关闭，不允许其他进程进入临界区；W=0时表示锁打开，其他进程可以进入。 - 开锁原语和关锁原语用于改变W的值，从而控制进程对临界区的访问。 以上内容是对给定文档中涉及的操作系统基础知识和进程管理相关知识点的详细解读。这些知识点不仅涵盖了理论基础，还涉及到具体的应用场景和技术细节，有助于深入理解计算机操作系统的核心概念和技术实现。